济南岩溶大泉作为北方岩溶大泉的典型代表,前人对济南岩溶大泉含水介质空隙结构的研究较少,而岩溶含水介质的空隙结构的复杂性,对研究地下水系统有着至关重要的作用。本文以济南泉域的排泄区为研究对象,在分析研究区区域地质、水文地质条件的基础上,采用地下水动态监测、水文地质钻探、示踪试验、压汞实验、数字岩心三维重构、渗流模拟等方法,分别从研究区平面与垂向、宏观与微观等多角度对研究区岩溶含水介质空隙的分布及其结构特征进行研究。通过CT扫描及数字岩心三维重构建立了空隙网络模型,对不同空隙结构的含水介质进行室内及仿真渗流模拟,为泉水保护工作提供科学指导,具有一定的理论和实践意义。(1)综合分析研究区水文地质钻探相关资料分析表明研究区岩溶含水介质的空隙类型主要分为溶孔(孔隙)、裂隙、溶洞、岩溶管道型四大类型,对研究区100m以浅钻孔进行岩溶含水介质空隙类型统计,奥陶系冶里组及亮甲山组地层溶洞发育率为3.53%,溶孔发育率为9.60%,裂隙发育率为6.20%,但裂隙多为方解石及硬塑粘土所充填,基本不透水;寒武系凤山组地层裂隙发育率为8.48%,溶洞发育率为0.72%,未见明显溶孔发育。(2)以奥陶系冶里组、亮甲山组及马家沟组的岩心为例,通过CT扫描得到样品的二维灰度图像,将样品的空隙类型分为孔隙型、孔隙-溶洞型、裂隙型以及裂隙-溶孔型,其中奥陶系马家沟组孔隙-溶洞型样品的孔隙直径分布较为集中,0.34-2mm的孔隙占总空隙数量的88.4%,直径大于5mm的溶洞仅占总空隙数量的1.38%;奥陶系马家沟组孔隙型样品中1.24-2mm的孔隙占总空隙数量的71.82%,直径大于5mm的溶洞仅占总空隙数量的2.51%,奥陶系冶里组及亮甲山组裂隙型及裂隙-溶孔型的裂隙开度与粗糙系数较小,均为毫米级。(3)两次示踪试验均在奥陶系含水层(即奥陶系冶里组及亮甲山组地层)上展开,试验结果表明研究区内岩溶水径流通道为单一管道型与多管道型并存,泉城公园示踪试验钼离子运移速度与省中医示踪试验钼离子运移速度相差约8倍,表明研究区内奥陶系地层岩溶含水介质空隙分布的不均一性。示踪试验和水位动态相关性曲线表明奥陶系地层存在通往泉群的岩溶管道,结合岩心数据及电导率变化曲线推测奥陶系冶里组及亮甲山组地层自上而下的空隙类型主要为溶孔-溶洞型、裂隙-管道型、裂隙-溶孔型,寒武系凤山组地层空隙类型以裂隙型为主。(4)通过孔隙直径、渗透率、退汞率、毛管压力曲线分析可知研究区内地层微观死端孔隙分布较多,而有效孔隙较少。亮甲山组与马家沟二段岩石的孔径分布不一,以纳米级孔隙为主;凤山组、冶里组、马家沟一段的岩石孔喉分选性较好,孔径分布较为单一,以微米级孔隙为主,且孔隙连通性较好。(5)通过对不同空隙结构的含水介质建立空隙网络模型进行渗流模拟,结果表明当裂隙开度较小时,裂隙含水介质的渗透率与其粗糙系数成反比,而孔隙型及孔隙-溶洞型含水介质的渗透率与其孔隙度有关。(6)通过改进的达西渗透实验仿真野外试验测定不同空隙结构含水介质中岩溶水流动规律,实验结果表明裂隙介质的流速与压差之间呈现幂函数关系时拟合度最高,而孔隙介质的水力坡度与渗流速度呈二次函数关系时拟合最好,与仿真渗流模拟结果可相互印证。